KR101230149B1 - 공기조화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기조화장치에 관한 것이다. 일 측면에 따른 공기조화장치는, 제1압축기, 실내열교환기, 제1팽창기, 실외 열교환기를 포함하는 공조부; 제2압축기, 제1열교환기, 제2팽창기, 제2열교환기를 포함하는 냉각부; 상기 공조부의 냉매와 상기 냉각부의 냉매가 열교환되도록 하기 위한 열교환장치; 및 상기 공조부의 제상 운전 시, 상기 제1압축기의 냉매가 상기 실외 열교환기 측으로 바이패스되도록 하기 위한 바이패스배관을 포함한다.

Description

공기조화장치{Air conditioning apparatus}
본 발명은 공기조화장치에 관한 것이다.
공기조화장치는, 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 냉매사이클을 수행하여, 특정 공간을 냉방하거나 난방하는 장치이다.
상기 공기조화장치는, 냉매를 압축시키는 압축기와, 냉매와 실내 공기의 교환이 이루어지는 실내열교환기와, 냉매를 팽창시키는 팽창부와, 냉매와 실외 공기의 열교환이 이루어지는 실외열교환기와, 냉매의 유동 방향을 조절하기 위한 사방밸브를 포함할 수 있다. 한편, 상기 공기조화장치가 음식물의 보관을 위하여 사용되는 경우에는 냉장고로 이름할 수 있다.
본 발명의 목적은, 실내 공기 조화 뿐만 아니라 음식물이 보관되는 공간을 냉각할 수 있는 공기조화장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 실내 공기를 조화하는 공조부의 제상 운전 시에도 실내 난방이 가능한 공기조화장치를 제공하는 것에 있다.
일 측면에 따른 공기조화장치는, 제1압축기, 실내열교환기, 제1팽창기, 실외 열교환기를 포함하는 공조부; 제2압축기, 제1열교환기, 제2팽창기, 제2열교환기를 포함하는 냉각부; 상기 공조부의 냉매와 상기 냉각부의 냉매가 열교환되도록 하기 위한 열교환장치; 및 상기 공조부의 제상 운전 시, 상기 제1압축기의 냉매가 상기 실외 열교환기 측으로 바이패스되도록 하기 위한 바이패스배관을 포함한다.
제안되는 발명에 의하면, 제상 운전을 하면서도 실내 난방이 가능하게 되므로, 제상 운전 중에도 실내의 쾌적성이 유지될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 공기조화장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 공조부가 냉방 운전할 때의 공기조화장치에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 공조부가 난방 운전할 때의 공기조화장치에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면.
도 4은 본 발명의 공조부가 제상 운전할 때의 공기조화장치에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 공기조화장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 공기조화장치(1)는, 실내를 냉방 또는 난방시키기 위한 공조부(2)와, 음식물이 보관되는 공간을 냉각하기 위한 냉각부(3)를 포함한다. 상기 공조부(2) 및 상기 냉각부(3)는 각각 냉매가 유동하며, 상기 공조부(2)의 냉매와 상기 냉각부(3)의 냉매는 열교환될 수 있다.
상세히, 상기 공조부(2)는, 제1압축기(10)와, 상기 제1압축기(10)에서 압축된 냉매의 유동 방향을 조절하는 사방 밸브(four way valve: 11))와, 실내 공기와 냉매가 열교환되도록 하기 위한 실내 열교환기(12)와, 상기 실내 열교환기(12) 측으로 실내 공기를 강제 송풍하는 실내팬(13)과, 상기 실내 열교환기(12)에서 토출된 냉매를 팽창할 수 있는 제1 팽창기(14)와, 실외 공기와 냉매가 열교환되도록 하기 위한 실외 열교환기(15)와, 상기 실외 열교환기(15)로 실외 공기를 강제 송풍하는 실외팬(16)을 포함한다.
또한, 상기 공조부(2)는 상기 실외 열교환기(15)와 상기 사방 밸브(11)를 연결시키는 제1 연결배관(25)과, 상기 제1압축기(10)의 흡입 측과 상기 사방 밸브(11)를 연결시키는 제2 연결배관(26)을 포함한다.
또한, 상기 공조부(2)는 상기 제1압축기(10)에 토출된 고온의 냉매를 상기 제1 연결배관(251)으로 바이패스시키는 바이패스 배관(21)을 더 포함한다. 상기 바이패스 배관(21)은 상기 제1압축기(10)와 상기 사방 밸브(11)를 연결하는 출구 배관(20)에 연결된다. 상기 바이패스 배관(21)과 상기 제1 연결배관(25)이 연결되는 부위에는 냉매의 유동을 조절하기 위한 삼방 밸브(three way valve)가 구비된다. 이와 달리 상기 바이패스 배관(21) 및 상기 제1 연결배관(25) 각각에 냉매 유동을 조절하는 밸브가 구비될 수도 있다.
상기 냉각부(3)는 냉매를 압축시키기 위한 제2압축기(41)와, 상기 제2압축기(41)에서 압축된 냉매를 응축시키기 위한 제1 열교환기(42)와, 상기 제1 열교환기(42)로 공기를 강제 송풍하기 위한 제1 팬(43)과, 냉매가 액상의 상태로 저장되는 수액기(44)와, 냉매를 팽창시키는 제2 팽창기(46)과, 팽창된 냉매를 증발시키는 제2 열교환기(45)와, 상기 제2 열교환기(45)로 공기를 강제 송풍하는 제2 팬(47)을 포함한다.
한편, 상기 공기조화장치(1)는, 상기 공조부(2)의 냉매와 상기 냉각부(3)의 냉매를 열교환시키기 위한 열교환장치(30)와, 상기 공조부(2)의 냉매가 열교환장치(30)로 유동하도록 하는 제1 열교환 배관(23)과, 상기 냉각부(3)의 냉매가 상기 열교환장치로 유동하도록 하는 제2 열교환 배관(51)을 더 포함한다.
상기 열교환장치(30)는 상기 공조부(2)의 냉매가 유동하는 제1유로(310)와, 상기 냉각부(3)의 냉매가 유동하는 제2유로(320)를 포함한다.
상기 제1 열교환 배관(23)의 일측은 상기 제1 팽창기(14)와 상기 실외 열교환기를 연결하는 냉매 배관(22)에 연결되고, 타측은 상기 실외 열교환기(15)와 상기 제1압축기(10)를 연결하는 제1 연결배관(25)에 연결된다. 상기 열교환장치(30)와 상기 냉매배관(22) 사이에 위치되는 제1 열교환 배관(23)에는 냉매를 팽창하는 팽창기(24)가 구비될 수 있다.
본 발명에서, 상기 각 팽창기(14, 24, 46)는 일 례로 전자팽창밸브(electronic expansion valve)일 수 있다.
상기 제2 열교환 배관(51)의 일측은 상기 제1 열교환기(42)에 연결되고, 타측은 상기 수액기(44)에 연결된다.
본 발명에서는, 상기 각 열교환 배관(23, 51)이 상기 열교환장치(30)를 관통할 수 있으며, 상기 제1유로(310) 및 제2유로(320)는 상기 각 열교환 배관(23, 51)의 일부일 수 있다. 이와 달리 상기 열교환장치의 제1유로(310) 및 제2유로(320)가 상기 각 열교환 배관(23, 51)과는 별도의 구성일 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 공기조화장치의 작용에 대해서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 공조부가 냉방 운전할 때의 공기조화장치에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면이다.
본 명세서에서, 상기 공조부(2)의 냉방 또는 난방 운전과 무관하게, 상기 냉각부(3)는 냉방 운전한다.
도 2를 참조하면, 상기 공조부(2)가 냉방 운전하는 경우 상기 제1압축기(10)에 의해서 압축된 냉매는 상기 사방 밸브(11)의 유로 조절에 의해서 상기 실외 열교환기(15) 측으로 유동된다. 즉, 상기 압축기에서 토출된 냉매는 상기 제1 연결배관(25)으로 유동된다. 그 다음 압축 냉매는 상기 실외 열교환기(15)를 통과하면서 응축된다. 이 때, 상기 삼방 밸브(17)에 의해서 상기 바이패스 배관(21)은 닫힌 상태가 유지된다. 본 명세서에서 상기 바이패스 배관(21)이 닫힌 상태는 상기 바이패스 배관(21)의 냉매가 상기 제1 연결배관(25)으로 유동되지 못하는 상태를 의미한다. 물론, 상기 공조부의 냉방 운전 중에서는, 상기 삼방 밸브(17)에 의해서 상기 바이패스 배관(21)으로 고온의 냉매가 유동하는 것도 가능하다.
상기 실외 열교환기(15)에서 토출된 응축 냉매의 일부는 상기 제1 팽창기에서 의해서 팽창된 후에 상기 실내 열교환기(12)를 지나면서 증발된다. 상기 실외 열교환기(15)에서 토출된 응축 냉매의 다른 일부는 상기 제1 열교환 배관(23)을 유동하게 된다. 상기 실내 열교환기(13)로는 실내 공기가 송풍되며, 공기와 상기 실내 열교환기(13)의 열교환에 의해서 공기는 냉각되고, 냉각된 공기가 실내로 토출된다.
상기 실내 열교환기(13)에서 토출된 냉매는 상기 사방 밸브(11)를 지나고, 상기 제2 연결배관(26)를 따라 유동하여 상기 제1압축기(10)로 유입된다.
한편, 상기 제2압축기(41)에 의해서 압축된 냉매는 상기 제1 열교환기(42)를 지나면서 응축된다. 그리고, 응축된 냉매는 상기 열교환 장치(30)의 제2유로(320)를 유동한 후에 상기 제2 팽창기(46)에 의해서 팽창된다. 그리고, 상기 제2 팽창기(46)에 의해서 팽창된 냉매는 상기 제2 열교환기(45)를 지나면서 증발된 후에 상기 제2 압축기(41)로 유입된다.
상기 제1 열교환 배관(23)으로 이동된 냉매는 상기 팽창기(24)에 의해서 팽창된 후에 상기 제1유로(310)를 유동하면서, 상기 제2유로(320)를 유동하는 냉매와 열교환된다. 상기 제2유로(320)의 냉매가 상기 제1유로(310)의 냉매와 열교환되면, 상기 제2유로(320)를 지난 냉매의 온도는 하강하게 된다.
상세히, 상기 제2유로(320)를 유동하는 냉매(제1상태의 냉매)는 응축된 냉매로서, 온도가 A일 수 있다. 상기 제1유로를 유동하는 냉매(제2상태의 냉매)는 상기 팽창기(24)에서 팽창된 냉매로서, 제2상태의 냉매의 온도는 A보다 낮은 B일 수 있다.
상기 열교환장치(30)에서는 온도가 B인 냉매(제2상태의 냉매)와 온도가 A인 냉매(제1상태의 냉매)가 열교환되므로, 상기 제2유로(320)를 지난 냉매의 온도는 A보다 낮은 C일 수 있다.
따라서, 상기 제2 팽창기(46)로 상기 제1 열교환기(42)에서 토출된 냉매의 온도 보다 낮은 온도의 냉매가 유입됨에 따라, 상기 제2 팽창기(46)에 의해서 팽창된 냉매의 온도는, 상기 제1 열교환기(42)에서 토출된 냉매가 팽창되는 경우에 비하여, 낮아질 수 있다. 상기 제2 팽창기(46)에서 팽창된 냉매의 온도가 상기 제1 열교환기(42)에서 토출된 냉매가 팽창될 때의 냉매 온도보다 더 낮아질 수 있으므로, 상기 제2 열교환기(45)로 저온의 냉매가 유입될 수 있게 되어, 상기 제2 열교환기(45)의 냉각 성능이 향상될 수 있다. 상기 제2 열교환기(45)의 냉각 성능이 향상됨에 따라서, 상기 공기 조화 장치의 소비전력이 줄어들 수 있게 된다.
상기 제1유로(310)를 통과한 냉매는 상기 제2 연결배관(26)으로 유동된 후에 상기 제2 연결배관(26)의 냉매와 함께 상기 제1압축기(10)로 유입된다.
도 3은 본 발명의 공조부가 난방 운전할 때의 공기조화장치에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 공조부(2)가 난방 운전하는 경우, 상기 제1압축기(10)에 의해서 압축된 냉매는 상기 사방 밸브(11)의 유로 조절에 의해서 상기 실내 열교환기(12) 측으로 유동된다. 그 다음, 압축 냉매는 상기 실내 열교환기(12)를 통과하면서 응축된다. 이 때, 상기 삼방 밸브(17)에 의해서 상기 바이패스 배관(21)은 닫힌 상태가 유지된다.
상기 실내 열교환기(12)로는 실내 공기가 송풍되며, 공기와 상기 실내 열교환기(13)의 열교환에 의해서 공기는 가열되고, 가열된 공기가 실내로 토출된다.
상기 실내 열교환기(12)에서 토출된 냉매는 상기 제1 팽창기(14)에서 의해서 팽창된다. 팽창된 냉매 중 일부는 상기 실외 열교환기(15)를 지나면서 증발된다. 팽창된 냉매 중 다른 일부는 상기 제1 열교환 배관(23)을 유동한다. 상기 실외 열교환기에서 토출된 증발 냉매는 상기 제1 연결배관(25) 및 제2 연결배관(26)을 지나 상기 제1압축기(10)로 유입된다. 이 때, 상기 제1 열교환 배관(23)을 유동하는 냉매는 팽창된 냉매이므로, 상기 팽창기(24)에 의해서 냉매가 팽창되지는 않는다.
한편, 상기 제2압축기(41)에 의해서 압축된 냉매는 상기 제1 열교환기(42)를 지나면서 응축된다. 그리고, 응축된 냉매는 상기 열교환 장치(30)의 제2유로(320)를 유동한 후에 상기 제2 팽창기(46)에 의해서 팽창된다. 그리고, 상기 제2 팽창기(46)에 의해서 팽창된 냉매는 상기 제2 열교환기(45)를 지나면서 증발된 후에 상기 제2 압축기(41)로 유입된다.
상기 제1 열교환 배관(23)으로 이동된 냉매는 상술한 바와 같이 상기 제1유로(310)를 유동하면서, 상기 제2유로(320)를 유동하는 냉매와 열교환된다. 상기 제2유로(320)의 냉매가 상기 제1유로(310)의 냉매와 열교환되면, 상기 제2유로(320)를 지난 냉매의 온도는 하강하게 된다.
그리고, 상기 제1유로(310)를 지난 냉매는 상기 제2 연결배관(26)으로 유동한 후에 상기 제2 연결배관(26)의 냉매와 함께 상기 제1압축기(10)로 유입된다.
도 4은 본 발명의 공조부가 제상 운전할 때의 공기조화장치에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 공조부(2)가 난방 운전되는 중에, 상기 실외 열교환기(15)에 성에가 쌓이게 되면, 상기 실외 열교환기(15)에서의 열교환 성능이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 공조부가 난방 운전되는 중에 제상 운전 조건이 만족되면, 상기 실외 열교환기(15)의 성에를 제거하기 위하여 상기 공조부는 제상 운전하게 된다.
본 발명에서, 상기 제상 운전 조건의 만족여부는 종래의 방법이 사용될 수 있으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 공조부(2)가 제상 운전하는 경우, 상기 제1압축기(10)에 의해서 압축된 고온의 냉매의 일부는 상기 사방 밸브(11)의 유로 조절에 의해서 상기 실내 열교환기(12) 측으로 유동된다. 그 다음, 압축된 고온의 냉매는 상기 실내 열교환기(12)를 통과하면서 응축된다. 또한, 상기 압축된 고온의 냉매 중 다른 일부는 상기 바이패스 배관(21)을 따라 유동되어 상기 실외 열교환기(15)로 이동된다. 이 때, 상기 삼방 밸브(17)에 의해서 상기 제1 연결배관(25)은 닫힌 상태가 되어 상기 바이패스 배관(21)을 유동한 고온의 냉매가 상기 사방 밸브(11) 측으로 이동되는 것이 방지된다.
압축된 고온의 냉매가 상기 실외 열교환기(15)를 유동하는 경우 상기 고온의 냉매에 의해서 상기 실외 열교환기(15)에 쌓인 성에가 제거될 수 있게 된다. 또한, 상기 실내 열교환기(12)로 압축된 고온의 냉매가 유동하므로, 상기 실내 열교환기(12)와 열교환된 냉매가 가열되고, 가열된 공기가 실내로 토출된다.
즉, 본 발명에 의하면, 제상 운전을 하면서도 실내 난방이 가능하게 되므로, 제상 운전 중에도 실내의 쾌적성이 유지될 수 있는 장점이 있다.
상기 실내 열교환기(12)를 지나면서 응축된 냉매 및 상기 실외 열교환기(15)를 지나면서 응축된 냉매는 상기 제1 열교환 배관(23)으로 이동된다.
한편, 상기 제2압축기(41)에 의해서 압축된 냉매는 상기 제1 열교환기(42)를 지나면서 응축된다. 그리고, 응축된 냉매는 상기 열교환 장치(30)의 제2유로(320)를 유동한 후에 상기 제2 팽창기(46)에 의해서 팽창된다. 그리고, 상기 제2 팽창기(46)에 의해서 팽창된 냉매는 상기 제2 열교환기(45)를 지나면서 증발된 후에 상기 제2 압축기(41)로 유입된다.
그리고, 상기 제1 열교환 배관(23)으로 이동한 냉매는 상기 팽창기(24)에 의해서 팽창된 후에 상기 열교환장치(30)의 제1유로(310)를 지나면서 증발된다. 즉, 상기 제2유로(320)의 냉매는 상기 제1유로(310)의 냉매 온도 보다 높은 온도의 응축 냉매이므로, 상기 제1유로(310)의 냉매는 상기 제2유로(320)의 냉매와 열교환되어 증발될 수 있다. 따라서, 상기 공조부가 제상 운전될 때, 상기 열교환 장치는 상기 공조부 측면에서 증발기 역할을 한다.
그리고, 상기 열교환장치(30)에서 증발된 냉매는 상기 제2 연결배관(26)으로 유동된 후에 상기 제1압축기(10)로 유입된다.
2: 공조부 3: 냉각부
21: 바이패스 배관 30: 열교환 장치

Claims (8)

  1. 제1압축기, 실내열교환기, 제1팽창기, 실외 열교환기를 포함하는 공조부;
    제2압축기, 제1열교환기, 제2팽창기, 제2열교환기를 포함하는 냉각부;
    상기 공조부의 냉매와 상기 냉각부의 냉매가 열교환되도록 하기 위한 열교환장치; 및
    상기 공조부의 제상 운전 시, 상기 제1압축기의 냉매가 상기 실외 열교환기 측으로 바이패스되도록 하기 위한 바이패스배관을 포함하며,
    상기 제1팽창기와 상기 실외 열교환기 사이 배관에 연결되는 제1 열교환 배관, 및
    상기 제1열교환기에서 토출된 냉매가 유동하는 제2 열교환 배관을 더 포함하며,
    상기 열교환 장치에서는, 상기 제1 열교환 배관의 냉매와 상기 제2 열교환 배관의 냉매가 열교환되는 공기조화장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 열교환 배관에 설치되는 팽창기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공조부의 제상 운전 시, 상기 제1압축기에서 압축된 냉매의 일부는 상기 실내 열교환기에서 응축되고, 상기 제1압축기에서 압축된 냉매의 다른 일부는 상기 바이패스 배관을 지난 후에 상기 실외 열교환기에서 응축되며,
    상기 실내 열교환기 및 상기 실외 열교환기에서 응축된 냉매가 상기 제1 열교환 배관으로 유동되는 공기조화장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 열교환 배관을 유동하는 냉매는 상기 제1 열교환 배관에 설치되는 팽창기에 의해서 팽창된 후에 상기 열교환장치를 지나면서 증발되는 공기조화장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조부의 난방 운전 시, 상기 제1압축기에서 압축된 냉매는 상기 실내 열교환기를 유동하면서 응축되고, 응축된 냉매는 상기 제1팽창기에서 의해서 팽창되며,
    팽창된 냉매의 일부는 상기 실외 열교환기를 유동하고, 팽창된 냉매의 다른 일부는 상기 제1 열교환 배관으로 유동되는 공기조화장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조부의 냉방 운전 시, 상기 제1압축기에서 압축된 냉매는 상기 실외 열교환기를 유동하면서 응축되고, 응축된 냉매 중 일부는 상기 제1팽창기에 의해서 팽창된 후 상기 실내 열교환기를 유동하고, 응축된 냉매 중 다른 일부는 상기 제1 열교환 배관으로 유동되는 공기조화장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조부는, 상기 제1압축기에서 압축된 냉매의 유동 방향을 조절하는 사방 밸브와,
    상기 실외 열교환기와 상기 사방 밸브를 연결하는 제1 연결배관과,
    상기 사방 밸브와 상기 제1압축기의 흡입 측을 연결하는 제2 연결배관을 포함하며,
    상기 제1 열교환 배관은 상기 제2 연결배관과 연결되는 공기조화장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 연결배관과 상기 바이패스 배관이 연결되는 부위에는 냉매의 유동 방향을 조절하는 삼방 밸브가 구비되는 공기조화장치.
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